编译原理实验指导书

编译原理实验指导书《编译原理》课程组2003年12月概述一、本课程实践的目的和任务编译原理是一门实践性很强的课程，只有通过实践，才能真正掌握。

实际的编译程序是十分复杂的，有时由多达十几万条指令组成。

为此，编译原理的实践教学，采用简化编译过程的办法，选择最关键的３个环节──词法分析、语法分析（包括语义处理、产生无优化的目标指令）、连接调试，进行编程和调试训练。

每个环节作为一个实践课题。

先分别编程调试，再连接在一起总调。

二、实践方法任何一个实用的高级语言，其语法都比较复杂，如选其作为源语言，很难实践全过程。

故本实践将定义一个简化的语言── C/C++ 语言的一个子集作为源语言，分３个课题，设计调试出它的编译程序。

前后贯穿这一条主线进行实践。

每次都可利用课余时间编程，利用上机时间进行输入和调试。

建议使用C/C++ 语言或C语言。

三、实践报告的规范和要求每个课题完成后写出实践报告。

实践报告包括程序设计时考虑的算法和方法；调试过程中出现的问题和解决的措施；打印出程序清单和调试时所用的源程序。

四、简化的C/C++ 语言子集的定义⒈C/C++ 语言子集的语法定义〈C/C++ 子集程序〉→〈变量说明〉〈分程序〉。

〈变量说明〉→〈空〉｜VAR〈变量表〉：INTEGER；〈变量表〉→〈变量〉｜〈变量〉，〈变量表〉〈变量〉→〈标识符〉〈分程序〉→BEGIN〈语句组〉END〈语句组〉→〈语句〉｜〈语句〉；〈语句组〉〈语句〉→〈赋值语句〉｜〈条件语句〉｜〈WHILE语句〉｜〈分程序〉〈赋值语句〉→〈变量〉：＝〈算术表达式〉〈条件语句〉→IF〈布尔表达式〉THEN〈语句〉ELSE〈语句〉〈WHILE语句〉→WHILE〈布尔表达式〉DO〈语句〉〈算术表达式〉→〈项〉｜〈算术表达式〉＋〈项〉｜〈算术表达式〉－〈项〉〈项〉→〈初等量〉｜〈项〉＊〈初等量〉｜〈项〉／〈初等量〉〈初等量〉→〈无符号数〉｜〈变量〉｜（〈算术表达式〉）〈关系表达式〉→〈算术表达式〉〈关系运算符〉〈算术表达式〉〈标识符〉→〈字母〉｜〈标识符〉〈字母〉｜〈标识符〉〈数字〉〈无符号数〉→〈数字〉｜〈无符号数〉〈数字〉〈关系运算符〉→〈|〈＝| ＝| 〉＝| 〉|〈〉〈字母〉→A│B│C│D│E│F│G│H│I│J│K│L│M│N│O│P│Q│R│S│T││U│V│W│X│Y│Z〈数字〉→1│2│3│4│5│6│7│8│9│0实验1 词法分析介绍词法分析程序的编程与调试。

（2学时）一、目的与要求１）目的通过设计调试词法分析程序，实现从源程序中分出各种单词的方法；加深对课堂教学的理解；提高词法分析方法的实践能力。

２）要求⑴掌握从源程序文件中读取有效字符的方法和产生源程序的内部表示文件的方法。

⑵掌握词法分析的实现方法。

⑶上机调试编出的词法分析程序。

二、实践题⒈题目用C/C++ 语言编写前述C/C++ 子集的词法分析程序。

１）主程序设计考虑，（参阅后面给出的程序框架）主程序的说明部分为各种表格和变量安排空间。

数组k为关键字表，每个数组元素存放一个关键字。

采用定长的方式，较短的关键字后面补空格。

P 数组存放分界符。

为了简单起见，分界符、算术运算符和关系运算符都放在p表中（学生编程时，应建立算术运算符表和关系运算符表，并且各有类号），合并成一类。

id 和ci 数组分别存放标识符和常数。

instring 数组为输入源程序的单词缓存。

outtoken 记录为输出内部表示缓存。

还有一些为造表填表设置的变量。

主程序开始后，先以人工方式输入关键字，造k表；再输入分界符等造p 表。

主程序的工作部分设计成便于调试的循环结构。

每个循环处理一个单词；接收键盘上送来的一个单词；调用词法分析过程；输出每个单词的内部码。

２）词法分析过程考虑该过程取名为lexical，它根据输入单词的第一个字符（有时还需读第二个字符），判断单词类，产生类号：以字符k表示关键字；i表示标识符；c 表示常数；p 表示分界符；s 表示运算符（学生编程时类号分别为1,2,3,4,5）。

对于标识符和常数，需分别与标识符表和常数表中已登记的元素相比较，如表中已有该元素，则记录其在表中的位置，如未出现过，将标识符按顺序填入数组id 中，将常数变为二进制形式存入数组中ci 中，并记录其在表中的位置。

lexical 过程中嵌有两个小过程：一个名为getchar，其功能为从instring 中按顺序取出一个字符，并将其指针pint 加 1 ；另一个名为error，当出现错误时，调用这个过程，输出错误编号。

将词法分析程序设计成独（入口）立一遍扫描源程序的结构。

其流程图见图1。

词法分析器 初始化 读源程序字符是字母？是数字？其它单词 分析程序 输 出 单 词 的内部表示是有字符？结束关键字和标识符分析程序常 数 分析程序 NYYNNY图1 词法分析程序流程图⒉ 要求⑴ 所有识别出的单词都用两个字节的等长表示，称为内部码。

第一个字节为 t ，第二个字节为 i 。

t 为单词的种类。

关键字的 t=１；分界符的 t=２；算术运算符的 t=３；关系运算符的 t=４；无符号数的 t=５；标识符的 t=６。

i 为该单词在各自表中的指针或内部码值。

表 1-1 为关键字表；表 1-2 为分界符表；表 1-3 为算术运算符的 i 值；表 1-4 为关系运算符的 i 值。

表1-1 关键字表表1-2 分界符表指针1 关键字指针1 分界符0 MAIN 0 ，1 { 1 ；2 } 2 .3 IF 3 :=4 THEN 4 (5 ELSE 5 )6 FOR7 WHILE表1-3 算术运算符表1-4 关系运算符i 值算术运算符i 值关系运算符00H < 10H + 01H <=11H －02H =20H * 03H >21H / 04H >=05H <>⑵表1-1只供参考，具体实现时要求参考C语言手册中的保留字表选择一个子集。

常数表和标识符表是在编译过程中建立起来的。

其i 值是根据它们在源程序中出现的顺序确定的。

常数分析程序、关键字和标识符分析程序、其他单词分析程序请参阅范例自行设计。

下面给出部分程序的算法框架，设计实现时需要补充完善。

三、程序框架p le xical(inp ut,o utp ut);CONS Tk e ylen=10;id entlen=10;o utre co=RECORDchar ty;inte ger p o int;EN D; {o utreco}Integer cip,ip,p int,i,j,l,m,erro rx;C HAR charl, instrin g[10], p[16,2];integer ci [10];string k[ke ylen], id[k eylen];string to ken;o utreco o uttoken;O F char;PROC EDURE lexical{integer l,m,nu m;bo o lean b;P ROC EDURE getchar{charl:=instrin g [p int] ;p int:=p int+1}/*getchar*/P ROC EDURE e rro r{p utchar('erro r',errorx)}/*error*/{FO R (1:=1; inent len)tok en[1]:=' ';getchar;W HILE char1=' ' DO getchar;IF char1 IN ['a'..'z']THEN{ /*处理标识符*/m:=1;W HILE (char1 IN ['a'..'z']) O R (char1 IN ['0'..'9']) DO {IF m<=identlenTHEN{token[m]:=char1;m:=m+1};getchar}/*while*/p int:=p int-1;1:=1;b:=fals e;WHILE (1<=key len) AN D (NO T b) DO{b:=true;i:=1;WHILE (i<=id entlen) AND b DOIF k[1] [i]=tok en[i]THEN i:=i+1ELS E b:=false;IF NO T b THEN l:=l+1}IF 1<=key lenTHEN{o uttoken.ty:='k';o uttoken.p o int:=1}ELS E{ l:=1;b:=fals e;WHILE (l<=ip) AN D (NO T b ) DO{b:=true;i:=1;WHILE (i<=id entlen) AND b DOIF id[1][i]=to ken[i]THEN i:=i+1ELS E b:=fals e;IF NO T b THEN l:=l+1;};IF NO T b THEN l:=l+1;IF 1>ipTHEN{ip:=ip+1;FO R m:=1 TO id entlen DOid[ip][m]:=tok en[m];o utto ken.ty:='i';o utto ken.po int:=1}}}ELS EIF char1 IN ['0'..'9']THEN{处理常数} /*integer*/ ELS EIF char1 IN [',',';','.',':','(',')']{处理分界符}ELS EIF cha r IN ['+','-','*','/','.','<','=','>']THEN{处理运算符}ELS E { erro rx : =2; error }} /*lex ica1*/{o ut ('k-tab le, inp ut!');FOR(1:=1; k eyicn ){FOR(m:=1; id entlen)read (k[1,m] )Read}FOR(l:=1; id entlen)id [1,m]:=' 'o ut('p-tab le,inp ut!')FOR( 1:=1 ; 11){FOR( m:=1; 2)read(p[1,m])Read}ip:=0;cip:=1;p int:=1;L1: o ut('so urce, inp ut!');FOR( j:=1; identlen)Read (instrin g[j] )lexicalout(outtoken.ty)o ut(o uttoken. po int)FOR(l:=1 ; identlen) o ut(tok en[1])o ut;Go to L1EN D.实验2 NFA确定化输入：NFA; 输出DFA （2学时）要求：对于自动机的数据结构自行确定，在实验报告中加以说明即可。